李良威， 唐伟， 潘英
（中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都610031）
摘 要：随着电气化铁路在国民社会、经济和战略上发挥着越来越重要的作用，牵引供电系统作为电气化铁路的动力能源核心，其战备安全问题值得关注。针对电气化铁路的外部电源及牵引变电所将成为未来战争中精确制导武器打击的重点目标，从设计标准、设计方案和抢修原则等方面进行了分析。对如何提高铁路外部电源的安全可靠性，增强牵引变电所的供电能力、抗打击能力以及战时受损的恢复能力等方面进行了思考与建议，对铁路军交运输系统设计具有一定的指导意义。
关键词：电气化铁路；牵引供电所；外部电源；战备
鉴于电气化铁路具有速度快、运量大、节约能源消耗、经济效益好、环境污染小等优点，我国目前新建的高速铁路、客运专线、重载铁路、普速铁路均采用电力牵引，电气化铁路已经成为我国国家交通线的重要核心组成部分，且铁路的电气化率在逐年提高。
电气化铁道供电，因其用电量大、分布广，因而形成相对独立于电力系统的电气化铁道牵引供电系统（如图1所示）。牵引变电所把区域电力系统送来的电能，根据电力牵引对电流和电压的不同要求，转变为适用于电力牵引的电能，然后分别送到沿铁路线上空架设的接触网，为电力机车供电；或者送到地下铁道等城市交通所需的供电系统，为地铁电动车辆或电车供电［1］。
图1 电气化铁道牵引供电系统
一条电气化铁路沿线设有多个牵引变电所，相邻变电所间的距离约为30～60km。牵引供电系统作为电气化铁路的动力能源核心，被称之为电气化铁路的“心脏”。它能够在战争时期为大兵团密集输送和物质装备运输提供必要的保障条件，将成为未来战争中精确制导武器打击的重点。如何提高外部电源的安全可靠性，增强牵引变电所的抗打击能力和战时受损的恢复能力将成为我们思考和关注的重点内容。
2．1 外部电源的战备设计
在电力牵引区段，牵引供电的可靠性，关系到铁路运输的可靠性，牵引供电一旦停止，用电区段的铁路就会陷于瘫痪，导致运输混乱、造成国民经济重大损失。根据现行国家标准《工业与民用供电系统设计规范》的规定，将电力牵引定为一级负荷。牵引变电所两路电源一般来自电力系统不同的变电站（或电厂）。当确有困难时，可来自同一变电站不同回路的两段母线。
为了提高外部电源的安全可靠性，在未来电网建设中，为了把高压输电线分区以缩小故障范围，建议每隔250～400km设高可靠性、多电源端的中央支持式变电站，它除了完成一般变电站的功能外，还把高压电网送来的电能，通过它的母线和输电线分配给其他外部电源供给点的变电站，战时可启动备用输电网络，提高外部电源的可靠性。
同时，由于架空输电线路属于高空表面暴露设备，容易成为打击破坏的目标，尤其是铁塔在损坏后修复时间长、难度大、影响大，可考虑某些重要的负荷点和枢纽地区的输电线路采用地下电缆方式，埋设于地下，能够有效的隐蔽，敌方难以发现目标，不容易破坏，从而提高输电线路的可靠性。
为保证电网的稳定性，电网部门应与铁路部门建立战争情况下的供电保障联合体，对n－1、n－2、…运行方式下系统供电能力和稳定性进行研究（指电力系统的n个元件中的任1、2、…个独立元件（发电机、输电线路、变压器等）发生故障而被切除后，应不造成因其他线路过负荷跳闸而导致用户停电，不破坏系统的稳定性，不出现电压崩溃等事故），提前预测在电网受损情况下的最大供电能力，以提醒铁路制定相应的战备运输组织模式。
2．2 牵引变电所的战备设计
2．2．1 牵引变电所选址
牵引变电所的设置要按照运输能力要求分散式布置，同时要符合洪水位要求，避开地质不良地带，满足与重要工业设施和目标的距离等要求。
为确保牵引变电所的安全性和可靠性，建议在选址时充分考虑战备需要，提高其战时的生存能力，位置尽量隐蔽，可根据地形地貌特征，采用染色法对变电所实施伪装，让其与周围环境融为一体；同时，在战时可修建假目标，选择高空易发现地区，按照变电所的布置装备简易的变电所替身，可以有效的迷惑敌方的空中打击。
2．2．2 牵引变电所布置
为便于牵引变压器的检修或排除故障问题，牵引变压器采用一主一备的运行方式，提高运行的可靠性。分支接线具有接线简单、设备较少、操作方便、维护简单、投资节省等优点，基本能满足电气化铁道供电安全可靠的要求，被广泛应用，而采用分段单母线接线形式的比较少。目前设计中常用的27．5 kV和55kV断路器的备用方式，一般采用50%备用、旁路断路器备用和不接入主接线断路器备用等三种备用方式。
为提高牵引变压器的高可靠性，建议在重要枢纽中心配置移动变压器，战时启动移动备用方式；同时在适当的间隔范围采用变压器容量备用方式，靠增大相邻变电所单台容量提高特殊时期的供电能力；对于电网较薄弱地区，可考虑采用可用外桥接线，地区电能可以通过牵引变电所穿越功率，为地区供电提供通道条件。
2．2．3 牵引变电所供电能力
计算牵引变压器容量时，对客运量大的电气化区段所有上、下行列车可按满载列车考虑，应考虑按客车比例计算。在供电系统发生故障或因其他原因造成中断行车3～4h后，为了疏解列车以及在正常运输情况为了抢运货物，就可能出现列车紧密运行的情况，但紧密运行的时间不会长，所以牵引变压器容量在包括允许过载能力下，应满足出现的最大牵引负荷要求，这是校核牵引变压器容量的条件。越区供电属于非正常运行状态，牵引变压器容量、接触网电压水平等不能满足正常行车需要，对这种运行状态必须对行车量加以限制，仅保证军用列车或其它重要列车通过。
为提高牵引变压器在战备时期的供电能力需求，需提前做好各种供电运行方式（单边供电、双边供电、迂回供电、越区供电、大越区供电等）的运输能力方案，同时建议可考虑在适当的间隔范围采用变压器容量备用方式，牵引变电所首段设置加强线以提高接触网载流能力，牵引变电所内部设置串联补充装置以提高接触网末端电压水平，以此全面提高牵引变电所的供电能力，增强战时对紧密运输的紧急需求满足能力。
2．2．4 地下牵引变电所方案
当前国际矛盾、世界战略格局风云变幻，有必要提前考虑采用高新技术打造重大工程项目，提高整个系统的安全性。
利用最新技术采用高紧凑性GIS（全封闭组合电器）、智能化、数字化、无人值守方式，在重点地区建造地下牵引变电所或者隧道内牵引变电所（见图2），其隐蔽性高、防护能力强、人员进出不易，外界不易察觉，同时由于地表厚土对电磁场辐射的屏蔽作用，能最大限度降低外界的电磁侦查；同时其表面有几米厚的土层或者山体防护，大大增强了其抗打击能力。地下牵引变电所或者隧道内牵引变电所可以在地面牵引变电所遭受打击后发挥后备作用，维持铁路供电，提高供电的可靠性。
2．2．5 移动牵引变电所方案
战争时期，固定设置容易被发现而遭受打击，为减少对固定牵引变电所的唯一依赖，可在供电段配置相应的移动式牵引变电站（如图3所示），同时前期预留好接触网上网点和外部电源接入点。移动变电站同时具备铁路和公路行驶能力，具有非常好的灵活性和快速性，其整体性好，运行安全可靠，使用灵活，在野外、山中、路旁等，只要有电源的合适点，就可以将其拖到现场，在极少工作量的情况下，在极短的时间内完成变电站的连接工作。为抢修和调整原有设备赢得了时间，从而可以在短暂的中断后重新供电。
图2 地下牵引变电所示意图 图3 移动式牵引变电站示意图
3．1 战备供电方案制定
提前与电网公司进行沟通，对外部电源及输电线路进行战备保障，制定应急电源方案，确保牵引变电所供电不中断。
供电系统抢修要遵循“先通后复”和“先通一线”的基本原则，当一个牵引变电所遇到敌方袭击退出运行后，可以采用越区供电或大越区供电等方式，连续牵引变电所遭受打击后可通过调度启用移动变电站。需要铁路战备部门提前制定应急供电方案，对追踪间隔、运行速度、列车对数进行规定，尽快恢复变电站供电。当变电站馈线设备（比如上网开关或断路器）遇到故障时，可临时切除该设备，合上分区所处的上下行并联开关实现并联供电。
深入研究牵引供电系统的运行规律，战备重点保障线路应提前计算明确直供条件下和AT供电方式下的列车通过能力，为故障紧急情况下、特殊供电方式下的列车开行对数确定提供理论依据。
3．2 战争情况下的抢修原则与方案
以最快的速度设法先行供电，恢复供电，必要时可采取迂回供电、越区供电或限制列车速度通过、临时内燃牵引等措施，缩短停电、中断行车时间，并及时安排时间处理遗留工作，使供电系统及早恢复正常技术状态。在双线电化区段，除按上述先通后复的原则外，还应遵循先通一线的原则制定抢修方案，集中力量以最快的速度设法先通一线，尽快通车［2］。
在进行抢修时，可以采取燃放烟雾弹等对敌方进行干扰，并使用先进的通讯工具与前方、后方保持联系，避免受到敌方的通讯干扰，保证抢修的顺利组织，避免抢修人员无法收到指令，有危险时能及时收到信息组织撤离。
3．3 供电系统抢修时间
科学配置牵引供电故障抢修资源，变电站内、接触网工区内应常备外部电源高压电缆和牵引供电的设备材料，接到抢修命令后抢修人员、设备、工器具从供电工区出发后，力争到达故障地点的时间控制在0．5h。在战备时期，可在牵引变电所附近派人驻守并储备基本设备物资、工器具等，保证能及时对牵引变电所的抢修恢复。
3．4 牵引变电所抢修原则
应制定针对牵引变电所发生故障后的应急抢修预案，包括对各类设备、各种类型的故障分别制定详细抢修预案，并遵循以下总原则：
（1）牵引变电所发生故障后，应遵循“先通后复”的原则，通过改变设备运行方式尽一切可能尽快恢复供电。
（2）若二次设备发生故障、短时不能排除的，在有备用保护的情况下，可采取临时撤除部分保护装置的措施，尽快恢复送电。
（3）若在5min之内不能通过本所进行送电的，应立即采取相邻变电所越区供电的临时措施，以缩短停电时间。同时，越区供电期间，供电调度应通知列车调度员，对相应区段适当限制车流。
（4）牵引变电所中发生电气设备事故（故障）后，值班员应迅速报告供电调度，除按规定收集故障信息进行现场防护外，还应在力所能及的范围内采取措施，防止事故的发展，尽可能消除事故根源，减少事故损失。
本文以铁路的动力源——牵引变电所作为主要目标摸索了一套针对战争前准备、战争后抢修的方案，为我国从容应对突发事件、保证战时供电系统正常运行，提供一定的借鉴。
参考文献
［1］孙杰华．牵引变电所直流系统故障分析和解决方法［J］．黑龙江科技信息，2010（27）：18
［2］唐 伟，杨 佳，潘 英．接触网战备设计及战时抢修的思考与建议［J］．电气化铁道，2015（4）：4－6
Li Liangwei， Tang Wei， Pan Ying
（Engineering Co．Ltd．of the 2nd Institution Group of the Railway Building Corporation of China，Chengdu 610031，China）
Abstract：With the electrified railway playing a more and more important role in the national society，economy and strategy，the security of the traction power supply system，as a dynamic energy core of the electrified railway，is worth much of our attention．As the external power and traction substations of electrified railways may become the key targets to be attacked with precisionguided weapons，they are analyzed in the paper respectively from the angles of design standards，design solutions and principles for rush－repair．How to improve the security and reliability of the external power supplies and enhanced the traction substation power supply capability，anti－strike capability and capacity of recovery in wartime are reflected upon，with useful suggestions put forward．The paper may serve as a useful reference for the design of railway military transportation．
Key words：electrified railway；traction power supply substation；external power supply；preparedness against war
作者简介：李良威（1982—），男，高级工程师，主要从事电网设计和铁道电气化设计工作 69564703＠qq．com
收稿日期：2015－10－12
中图分类号：U224
文献标识码：A
文章编号：1672－3953（2016）01－0019－04
DOI：10．13219／j．gjgyat．2016．01．005
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